2018年03月31日 | 瑞萨16位单片机M30624在智能冰箱中的应用

　　1．概述

　　本文详细介绍了具有丰富接口、可靠性高、抗干扰性能好、超低功耗、性价比高的瑞萨16位单片机M30624MG在智能冰箱中的应用，同时对冰箱的工作过程进行智能控制，并用液晶显示屏和语音提示将冰箱的过程显示和播报出来，向用户提供比传统冰箱更加方便和人性化的服务和功能。

　　2．系统功能

　　目前，市场上的冰箱有机械温控、电子温控和电脑温控等控制方式，它们的温度控制装置、化霜装置和其他控制装置的控制值都是事先设定的，则易使许多能量消耗在目的相异的各种动作及因缺少灵活性而发生的各种多余动作，造成器件的频繁开启，一方面易损坏器件，温度的起伏较大，不利于食品保鲜；另一方面，浪费了大量的能量。本文将冰箱分为-30℃～0℃的3个宽带自由变温区域，引入专家模糊控制理论对冰箱进行控制。将人工智能中的专家系统技术与模糊控制相结合，构成一种专家模糊控制器，利用模糊控制技术，在每个分区需要制冷的时候，压缩机快速启动：同时设计变频调速系统，避免压缩机的频繁开启，使电机能够按照所需要的要求进行工作，制冷更加合理有效。每个分区作为保鲜功能时采用半导体和压缩机同时制冷，同时可以在不需要使用某个分区时，关闭此分区，以达到节能的目的。

　　具体的说，即采用风、直冷混合制冷方式，冰箱串味小、不风干、冷冻迅速均匀透彻、自动化霜的优点。电冰箱控制器的主要任务即通过控制压缩机、半导体制冷、电磁阀、化霜加热丝、风扇等来保持箱内食品的最佳温度，达到食品保鲜的目的，保证所储存的食品在经过冷冻或冷藏之后，保持色、味、水分、营养基本不变。通过LCD触控屏可以实时、直观的显示冰箱的运行状态，可以输入食品放入冰箱时间、保鲜期、保质期，当到期时进行语音提示：同时还具备菜谱帮助功能，根据冰箱内的食品，建立人工智能数学模型，可以从LCD查询出当日最佳菜谱；当冰箱温度过高或开门时间过长时还具备语音提示功能。

　　3．硬件组成

　　系统硬件控制包括核心控制器单片机M30624G、LCD触摸控制屏、环境温度传感器、三个自由分区的温度传感器、语音报警装置、冰箱门位置节点、照明灯、风扇、电磁阀、压缩机、化霜加热丝等设备。控制器通过各个温度传感器不断采集三个自由分区的温度及环境温度，然后根据设置值及采集值控制各部件的运行，硬件组成如下图所示。

　　3.1M30624MG控制器

　　M30624MG为瑞萨科技公司推出的16位单片机，具有15MI/S高速处理能力和多种接口功能，内置大容量存储器、DMAC电路、多功能的定时器和串行I/O，以及监视定时器、CRC校验电路等。M30624MG单片机具有内置乘法器，进行16×16位乘法只需5个机器周期：具有很多强大的指令，指令周期很短，71%的操作指令在三个周期内完成（16MHz振荡频率为0.2μs）；高速的乘法运算、增强的存储器与存储器之间的操作、增强的按位处理功能、高效的4位和8位操作、高速的16位处理能力，使处理速度大大加快。由于M30624MG单片机既有一般的指令格式，又有紧凑的指令格式，无论是面向计算类应用，还是面向控制类应用，程序都可以做到间接紧凑。使用C语言编程时，目标程序的效率很高。

　　本系统中采取多种抗噪措施，在必要的地方加入抗噪滤波器，对所有的引脚作适当的处理。如时钟输入端(XIN)、输出端(XOUT)引脚上的噪声常会引发误操作，设计时将这两个端口用VCC、Vss和RESET引脚包围起来，即将这些引脚的电平常保持恒定，可作为噪声的屏障。XIN和XOUT被Vss端分开，振荡电路部分的布线变得更容易，同时也提高了噪声抗干扰能力。

　　系统具有程序纠错功能，M30624MG单片机可使用地址匹配中断纠正程序的缺损，至少可纠正两处缺损。该两处地址可用外部EEPROM中的内容代替，即无需因出错重新制作掩模，从而降低了纠错所花费的成本。同时系统还配备有软件模拟器和各种级别的硬件仿真器，具有集成调试环境，易学易用。

　　总之，M30624MG的上述性能给开发者带来巨大的方便。其高处理速度和强大的性能与功能大大简化了外围电路的设计；编程效率高，可以免除压缩程序之苦；抗干扰特性极佳，印制板可以很方便地通过EMS/EMI测试：即使在批量生产中发现程序，也可以使用程序纠正功能加以弥补。使用M30624MG极大地缩短设计周期。

　　3.2大屏幕LCD触控屏

　　目前市面上的高级冰箱基本都采用了带LCD的中央控制技术，部分品牌的LCD屏体积较小，无法让冰箱的运行状态一目了然的呈现出，同时按键式的输入技术也给具体的使用带来了一定程度的不便。为了克服以上问题，本文采用独特的大屏幕LCD中央液晶触控屏，大屏幕LCD触控屏选用OK-TOUCHTBL(ONE-TOUCHR)五线电阻触摸屏。ONE-TOUCH五线电阻触摸屏采用最先进的五线电阻技术，是目前最可靠、快速、先进的触摸技术，采用全新技术、研发和生产的五线电阻触摸屏。OK-TOUCHTBL五线电阻触摸屏具有抗刮硬质涂层，不同与四线电阻屏的设计原理，即使屏幕受损，也可以完美操作：具有3500万次以上的超常寿命，是四线电阻屏寿命的10倍以上。

　　大屏幕LCD触控屏可以图文方式直观地显示出冰箱当前的运行状态，轻触式操作、高集成度的显示操控系统使保鲜变温更加智能化、使用设计更加人性化。

　　系统原理图如下图所示。

　　4．软件设计

　　软件设计包括单片机的初始化、主程序、中断处理程序和各种功能子程序。

　　中断处理程序包括通信中断和压缩机保护及控制程序。各种功能子程序有：LCD触控屏显示和处理程序、系统自检程序、人工智能模糊处理程序、各个温度传感器数据采集程序、运行参数存储和处理程序、门位置检测程序以及语音播放程序。软件流程框图如下图所示。

　　5．结语

　　随着科学技术的发展，智能化、网络化的冰箱进入家庭已经是一种必然趋势，本文提出的智能冰箱设计原理具有一定的参考价值。